火星大気における湿潤対流の数値シミュレーション

火星大气中湿对流的数值模拟

• 批准号: 15740283
• 负责人: 小高 正嗣
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15740283/
• 关键词: 火星大気; 鉛直対流; 湿潤対流; 数値モデル開発; 非静力学モデル

今年度は昨年度に引続き,大気の主成分が凝結する場合の対流(湿潤対流)を考慮したモデル基礎方程式の検討を行い,その方程式系に基づく2次元数値モデルの開発を行った.開発したモデルを用いて主成分凝結をともなうサーマルの計算を行い,基本場が湿潤断熱的な大気構造を持つ場合のサーマルにともなう鉛直運動の様子を調べた.基礎方程式を検討する出発点として,準圧縮系方程式を選択した.準圧縮系では線形化された連続の式が用いられているため,大気主成分の凝結にともなう密度変化を考慮しつつ,計算手法を工夫することで数値積分を行う際の計算コストを抑えることが期待できる.そのような見通しの下で,連続の式に主成分凝結にともなう密度変化項を加えた準圧縮系方程式の定式化を行い,さらにその定式化を火星の湿潤対流のモデル方程式として用いるためには凝結の時間スケールが音速で決まる時間スケールに比べ長いことが必要であることを導いた.実際に,拡散成長する雲粒の成長方程式に基づく凝結モデルを用いて現在の火星の平均的な大気条件を与えて凝結の時間スケールを調べたところ,初期の飽和比が1程度の場合には準圧縮の条件をおおむね満たされることを確認した.以上の定式化の検討の後,大気主成分凝結を考慮した2次元対流数値モデルの開発を行った.プログラムの構造は昨年度開発した乾燥大気対流計算用のモジュールを参考にし,プログラム書法をdcmodelコーディングルール(地球流体電脳倶楽部dcmodelプロジェクト,2005:http://www.gfd-dennou.org/library/dcmodel/)に準拠させることで,ソースコードの可読性と可変性の向上に努めた.この数値モデルを用いて基本場がほぼ湿潤断熱的な大気構造を持つ場合のサーマルの計算を行い,凝結が生じるとサーマルにともなう鉛直運動は抑制されること示した.開発した数値もモデルと関連文書はhttp://www.gfd-dennou.org/arch/deepconv/以下に公開している.本研究終了後は上記数値モデルに大気放射モデルを導入し,大気主成分の凝結を考慮した火星大気放射対流の数値計算を行う予定である.

In this year's annual review, the principal component of the large gas is condensed, and the flow (wet flow) is considered. In the discussion of the basic equation, the equation system is based on the two-dimensional numerical value. In the calculation of the principal component condensation, the fundamental field is modulated by the element of the vertical motion in the case of the large structure of moisture and heat loss. The basic equation is discussed in the following way: The quasi-pressure system is linearized, and the formula is used to calculate the condensation of the principal components. The density variation is considered. The calculation method is time consuming. The numerical value integral is calculated. The equation of the principal component condensation, density variation, addition, quasi-pressure reduction, formulation and application of the equation of the moisture response of Mars. In fact, the growth equation of cloud particles in dispersion growth is based on the condensation time. The average temperature condition of Mars is adjusted according to the condensation time. When the initial saturation ratio is 1, the pressure condition is confirmed. After the above formulation, the condensation of major components is considered, and the development of the two-dimensional flow coefficient is carried out. The structure of the earth's fluid system was developed last year to provide a reference for calculating the dry mass flow rate. The structure of the earth's fluid system was developed in 2005:http://www.gfd-dennou.org/library/dcmodel/. The numerical value of this parameter is used in the calculation of the basic field, the moisture and heat loss, the large structure, the continuous situation, the condensation, the generation, the vertical motion, the suppression, the indication. The following documents are available at http://www.gfd-dennou.org/arch/deepconv/. At the end of this study, the numerical value of the large gas emission was introduced, and the condensation of the main components of the large gas was considered.

项目成果

Y.O.Takahashi, H.Fujiwara, H.Fukunishi, M.Odaka, Y.-Y.Hayashi, S.Watanabe: "Topographically induced north-south asymmetry of the meridional circulation in the Martian atmosphere."Journal of Geophysical Research. 108・E3. 5018,doi:10.1029/2001JE001638,5-1-5

Y.O.Takahashi、H.Fujiwara、H.Fukunishi、M.Odaka、Y.-Y.Hayashi、S.Watanabe：“地形引起的火星大气经向环流的南北不对称。”地球物理研究杂志 108・E3.5018，doi：10.1029/2001JE001638，5-1-5。